聚乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯慢化体的被动中子能谱仪创新设计及其在辐射防护中的应用

【编辑推荐】本研究通过蒙特卡罗方法设计了两款采用聚乙烯（PE）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）慢化体的被动中子能谱仪（TLD600/PolyethyleneCS与TLD600/PMMACS），以TLD600/TLD700热释光芯片对（含6Li/7Li）为探测器，解决了传统Bonner球谱仪（BSS）体积大、重量高的痛点。研究计算了45种单能中子（10-9-20 MeV）的注量响应函数与吸收剂量，证实PMMA与PE慢化性能相近，为紧凑型中子能谱仪的开发提供了新思路。

　　

亮点

材料与方法

无论采用何种慢化材料，每台能谱仪均包含11个圆柱体（直径20.25 cm）：1个0.5 cm厚度和10个2 cm厚度的慢化层。首层慢化体（M1）内嵌被动热中子探测器——四片LiF(Mg,Ti)热释光芯片（两片含95.6% ⁶Li的TLD600与两片含0.1% ⁶Li的TLD700），其尺寸为0.3175×0.3175×0.0889 cm³的带状芯片。

注量响应函数与矩阵响应

图3展示了聚乙烯圆柱能谱仪（TLD600/PolyethyleneCS）的中子注量响应矩阵。0.5 cm薄层慢化体（M1）对热中子与超热中子（<0.1 eV）表现出强敏感性，这源于⁶Li的1/v吸收截面特性。随着慢化体厚度增加，弹性散射主导的中子慢化效应拓宽了注量响应范围……

结论

通过蒙特卡罗模拟，我们完成了两款被动圆柱能谱仪的概念设计，采用热释光芯片（TLD600/TLD700）探测热中子。聚乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）慢化体的应用，为传统Bonner球谱仪（BSS）提供了轻量化替代方案。研究不仅计算了中子注量响应函数，还量化了热释光芯片中中子与次级γ射线的吸收剂量……